【摘 要】
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乳清分离蛋白(WPI)具有营养价值高、易消化吸收、氨基酸含量丰富等特点,并且来源广泛、价格低廉,兼具良好的溶解和乳化性等功能特性,因此,以其作为乳化剂构建纳米乳液已被广泛用于不稳定功能组分的稳态化包埋。但课题组前期研究发现以WPI为乳化剂构建的纳米乳液长期稳定性较差,拟通过美拉德反应引入具有空间特性的大分子多糖,系统研究蛋白质-多糖接枝物结构特征以及糖基化对其理化性质和所构建纳米乳液稳定性的影响。
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(项目批准号:31501471); 广东省科技计划项目(2015A020209107);
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乳清分离蛋白(WPI)具有营养价值高、易消化吸收、氨基酸含量丰富等特点,并且来源广泛、价格低廉,兼具良好的溶解和乳化性等功能特性,因此,以其作为乳化剂构建纳米乳液已被广泛用于不稳定功能组分的稳态化包埋。但课题组前期研究发现以WPI为乳化剂构建的纳米乳液长期稳定性较差,拟通过美拉德反应引入具有空间特性的大分子多糖,系统研究蛋白质-多糖接枝物结构特征以及糖基化对其理化性质和所构建纳米乳液稳定性的影响。另外,采用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法研究以OSA淀粉为乳化剂的纳米乳液体系界面行为和油水界面特性,以期为蛋白质-多糖接枝物在食品工业中的应用及对纳米乳液界面特性的理解提供理论指导和数据支持。论文首先以干热法制备WPI与不同分子量葡聚糖的糖基化接枝产物,通过A294、褐变程度、接枝度、SDS-PAGE图谱等证实葡聚糖在60℃,相对湿度79%的条件下确实通过美拉德反应共价接枝到蛋白质上,糖分子量越大,接枝度越低;通过改性前后氨基酸含量变化,可知葡聚糖主要接枝在赖氨酸和精氨酸的自由氨基处;280 nm激发波长下,接枝产物的内源荧光强度显著低于WPI,说明葡聚糖以共价键接入后对蛋白质荧光基团有一定的屏蔽作用;圆二色光谱分析表明接枝产物的α-螺旋和β-转角含量减少,β-折叠和无规则卷曲含量增加;傅里叶变换红外(FT-IR)图谱及酰胺Ⅰ、Ⅱ带峰面积比的变化说明多糖的接入确实改变了蛋白质的构象并且使蛋白质分子间作用力减弱;扫描电子显微镜(SEM)显示接枝产物微观结构发生变化,不再是典型的球状结构而是混乱的片层状结构。与葡聚糖共价接枝后的WPI溶解性较之前有了显著改善,尤其是在等电点(p H=5)附近的溶解度,并且接枝产物的等电点向酸性(p H=4)偏移;接枝产物的乳化活性和乳化稳定性分别平均提高了50.78%和18.75%,以其为乳化剂构建的纳米乳液,粒径减小,Zeta电位绝对值增大,在较宽的p H范围内(p H 4~7)、高温(72℃)下和高盐离子浓度(500 mmol/L Na Cl)下均表现出较好的稳定性;接枝产物的抗氧化性也明显增强,DPPH·自由基清除率较原WPI有了显著提高,分别达到了68.39%和73.48%;通过加入化学解离剂发现,静电相互作用对乳清分离蛋白-葡聚糖接枝物纳米乳液颗粒形成的影响最大,疏水相互作用次之,而氢键相互作用对乳液颗粒形成起着轻微抑制作用,二硫键对乳液颗粒形成基本无影响。上述研究结果表明,在可控条件下,美拉德改性能够显著改变蛋白质的结构和分子间作用力,进而改善蛋白质的功能特性。最后,本文针对OSA改性淀粉、番茄红素等纳米乳液组分构建粗粒化模型,采用DPD介观模拟方法对该乳液体系的微观结构和界面特性进行研究。结果发现模拟在步长为10000步时达到平衡,较好的重现了纳米乳液颗粒的形成过程,可以清晰地观察到乳液颗粒的微观构象;模拟所得自扩散系数和核磁共振(NMR)光谱法的结果一致,证明了番茄红素被包埋在油相中心且与OSA淀粉分子存在相互作用;乳液油水界面的形态随着OSA淀粉浓度的增加而变化,当淀粉浓度从10%增加到30%时,界面张力降低了81%,这与实验结果趋势一致;OSA淀粉的均方根(RMS)端到端距离几乎不受油水比的影响,但会随着淀粉浓度的增加先增大而后趋于平稳,说明每个淀粉分子在油水界面上的空间减小,分子链由卷曲变得伸展,分子的有序性增加,与拉曼光谱的实验结果相吻合。
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